HMDを使用したVR空間における 奥行き方向の情報呈示

Talked in 2025年10月20日(月)電子情報通信学会 ヒューマン情報処理研究会 (HIP)

https://ken.ieice.org/ken/paper/20251020mcNm/

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1. HMDを使用したVR空間における 奥行き方向の情報呈示 1 大石 幸長・根岸 一平（金沢工業大学） Information presentation in depth-axis in HMD presented VR space E-mail: c1223781@st.kanazawa-it.ac.jp / negishi@neptune.kanazawa-it.ac.jp 2025年10月20日(月) 電子情報通信学会 ヒューマン情報処理研究会 (HIP)
2. 発表の流れ • 背景 / 課題設定 • 関連研究 • 目的・仮説 • 実験方法 • 実験結果 • 考察 • 結論 • 今後の展望 2
3. 背景 / 課題設定 HMD (ヘッドマウントディスプレイ) の急速な発展と 普及 • Apple Vision Proなど、高解像度なデバイスが登場。 • 3D空間をより現実に近い形で体験可能に。 https://www.apple.com/jp/apple-vision-pro/ https://www.meta.com/jp/quest/ 3
4. 背景 / 課題設定 現状のVR/ARにおける情報呈示の課題 • 従来の2Dモニタを模倣した、平面的な ウィンドウ表示が多用されている https://www.rentio.jp/matome/2024/02/meta-quest-3-how-to-use/ 4 https://www.apple.com/jp/newsroom/2023/06/introducing-apple-vision-pro/
5. 背景 / 課題設定 • 3D空間が持つ「奥行き」という リソースが十分に活用されていない。 Apple Vision Pro (visionOS 2.4)の表示例 5
6. 背景 / 課題設定 奥行き活用の可能性 • 情報の階層構造を物理 的な前後関係で表示 • 重要度の高いものを手 前に配置 直感的で効率的な インターフェースを実現 できるのでは？ 三変数の表を立体的に表現した事例 6 http://laweditor.blog.fc2.com/blog-entry-50.html
7. 関連研究 HMD特有の課題：輻輳調節矛盾(坂本2021) • 眼のピント (調節) は、 常にスクリーン（1〜2m先）に固定されている • 脳が認識する奥行き (輻輳) は、左右の映像のズレ （視差）によって変化する この矛盾が眼精疲労や 認知負荷の一因となる 7 光学的奥行き 視差による 奥行き HMD （ステレオグラム式) 輻輳調節矛盾の模式図(坂本 (2021) を参考に作成)
8. 関連研究 • 奥山ら (1996) の研究で、立体映像を注視す ると輻輳は安定するが、 調節（ピント）は映像と実際のスクリーンの位 置間で不安定に揺らぐことが実験で示されて いる 8 8 光学的奥行き 視差による 奥行き HMD （ステレオグラム式) 輻輳調節矛盾の模式図(坂本 (2021) を参考に作成)
9. 関連研究 • 人間の視野は、生理学的に縦方向よりも 横方向に広い • 松本 (1998) の研究により、視野は上下非対称 （仰角 約30°, 伏角 約45°）であり、 水平方向の探索に優位性があることが示唆 されている 。 9
10. 関連研究 本研究の位置づけ: これら先行研究の知見を基に、「奥行き」方向の、 3次元空間での情報探索に焦点を当てる。 • 特に、HMD環境下での奥行き方向の視覚探索 のパフォーマンスを定量的に評価した研究は まだ少ない。 10
11. 目的・仮説 目的 • VR環境下で、情報の呈示方向 (奥行き・左右・ 上下) が、人間の視覚探索パフォーマンスに与 える影響を定量的に分析・評価する。 • パフォーマンスの指標として、ターゲット（3つの 連続した数字）を発見するまでの反応時間を計 測。 仮説 • 「数字が奥行き方向に呈示される場合、他の方 向 (左右・上下) よりも反応時間が長くなる」 11
12. 実験方法 (1) - 環境と刺激 実験環境: • HMD: Apple Vision Pro (visionOS 2.2) • VR空間: Apple RealityKit フレームワークで構 築 12 https://developer.apple.com/jp/augmen ted-reality/realitykit/ https://www.apple.com/jp/newsroom/2023/06/i ntroducing-apple-vision-pro/
13. 実験方法 (1) - 環境と刺激 被験者の前方1.5m, 高さ1.7m の位置に、3×3×3=27個の 立方体セルを配置。 13
14. 実験方法 (1) – 実験刺激 • 1軸に沿った連続する3セル： 0〜9の数字 • 残りの24セル： ランダムなアルファベット – ※視認性や混同を避けるために、 あらかじめ「O」、「I」、「C」、「Q」を 除いている • 方向：奥行・左右・上下の3軸 – 斜め方向へ配置する条件は 含めていない 1面x9パターンx3軸=合計27通りの条 件をランダムに呈示 X Y Z Z=0 Z=1 Z=2 X=0 X=1 X=2 Y=1 Y=0 Y=2 O 被験者 R S U S K A V N K V H E B F G R K W P Y 8 K T 4 G B 2 14
15. 実験方法 (1) –奥行き方向の例 奥行き方向に「291」 X Y Z Z=0 Z=1 Z=2 X=0 X=1 X=2 Y=1 Y=0 Y=2 O 被験者 R S U S K A V N 1 V H E B F G R K 9 P Y U K T X G B 2 15
16. 実験方法 (1) – 左右方向の例 左右方向に「894」 X Y Z Z=0 Z=1 Z=2 X=0 X=1 X=2 Y=1 Y=0 Y=2 O 被験者 R S U S K A V N K V H E B F G R K W P Y G 8 9 4 G B M 16
17. 実験方法 (1) – 上下方向の例 上下方向に「248」 X Y Z Z=0 Z=1 Z=2 X=0 X=1 X=2 Y=1 Y=0 Y=2 O 被験者 R S U S K A V N K V H E B F G R K W P Y 8 K T 4 G B 2 17
18. 被験者からの刺激の見え方 18
19. 被験者からの刺激の見え方 19 奥行き方向に「661」
20. 実験方法 (2) - 参加者と手順 • 参加者: 20代の男女10名 • タスク: • 被験者がキーを押すと、刺激が呈示される。 • 直線状に並んだ3つの数字を探索する。 • 発見次第、キーを押す (→ 反応時間を記録)。 • 発見した数字を口頭で報告 (→ 正誤を記録)。 • 報告する数字の順番は問わない 20
21. タスクの流れ 21
22. タスクの流れ 22 画面が暗転、VR状態に変化
23. タスクの流れ Enter click（記録開始） 23
24. タスクの流れ Space click（応答時間記録終了） 24
25. タスクの流れ 実験者は被験者の回答を記録、 終了後、HMDの出題ログと回答記録を用いて正誤判定 935 記録 しました 25 被 験 者 実 験 者 R A D [ " E R
26. 実験方法 (2) – 全体の手順 • 先ほどのタスクを実施 • 全27試行を1ブロックとし、各被験者は 2ブロックを実施。 • ブロック内での呈示順序はランダム。 • 本実験の前に10試行のトレーニングを実施。 26
27. 実験結果 (1) - データの前処理 • 特定条件で正答が得られなかった2名を除 外し、8名のデータを分析対象に。 • 全試行から不正解だった試行データを除外。 • 外れ値を除去するため四分位範囲(IQR)法 を適用。 27 被験者1名の応答時間と外れ値の分布
28. 実験結果 (1) - データ分析と全体概要 正答率: 97.0% と非常に高く、課題の難易度は 適切であったと考えられる。 方向 総試行回数 正答数 外れ値数 正答率 奥行き 180 175 15 97.2% 左右 180 177 10 98.3% 上下 180 172 17 95.6% 全体 540 524 43 97.0% 28 呈示方向ごとの正答数と外れ値数
29. 実験結果 (2) - 呈示方向と反応時間 分散分析の結果： 呈示方向による反応時 間の主効果が 認められた (F(2, 14) = 9.37, p < .01)。 反応時間の平均値: • 左右方向が最も短く (2.36s) • 上下方向が最も長い (2.57s) • 奥行き方向は中間 (2.57s) 30 各呈示方向の応答時間
30. 実験結果 (2) - 呈示方向と反応時間 多重比較 (Bonferroni法) の結果: • 奥行き vs 左右 (p=0.012) • 左右 vs 上下 (p=0.002) 上記2つの組み合わせで 統計的に有意な差を 認めた。 31
31. 考察 (1) - なぜ左右方向は速いのか？ 要因1: 人間の視野特性 • 松本(1998)の研究で、人間の有効視野は生 物学的に縦方向よりも横方向に広く、 水平方向の探索に優位性があることが示さ れている。 水平方向の探索がより効率的に行われた可能 性がある。 32
32. 考察 (1) - なぜ左右方向は速いのか？ 要因2: 日常的な習熟 • 横書き文字の読書やPCモニタの利用など、私 たちの生活は水平方向への視線移動に慣れ ている。 日常的な訓練が、VR空間内での水平方向への 視覚探索をスムーズにした可能性が考えられ る。 33
33. 考察 (2) - なぜ奥行き方向は遅いのか？ HMD特有の「輻輳調節矛盾」 • 坂本(2021)や奥山ら(1996)が示した 脳が認識する奥行き (輻輳)と眼のピント(調 節)の矛盾によって発生する眼精疲労や 認知負荷。 奥行き方向に視線を頻繁に移動させる本課題 では、情報の認識にかかる時間を増加させたと 推察 34
34. 考察 (3) - なぜ奥行き方向は遅いのか？ 物理的な遮蔽 (オクルージョン) • 3D空間の性質上、手前のセルが、奥のセル の文字の一部を覆い隠す状況が発生しうる。 • 隠された文字を確認するためには、頭部をわ ずかに動かすといった追加的な探索行動が 必要になる。 反応時間を増加させる一因 35
35. 考察 (3) - なぜ奥行き方向は遅いのか？ 36 各呈示方向の開始面別応答時間
36. 考察 (3) - なぜ奥行き方向は遅いのか？ 37 • 左右・上下方向は、開始面が奥になるにつれて 平均反応時間が明確に長くなる傾向がある。 • 手前の面からのみ呈示した奥行き方向の反応時間 より、最奥面から左右方向を呈示した平均反応時間 のほうが長い 呈示方向以上に遮蔽の影響が大きいことが示唆
37. 結論 • VR空間での視覚探索パフォーマンスは、情報の 呈示方向に影響され、水平方向 の探索が最も 効率的である。 • 上下方向と左右方向では、生物学的特性から 左右方向の方が反応時間が短い。 • しかし、奥行き方向の認識が難しいわけではなく、 遮蔽により反応時間が長くなっていることが示唆 された。 • オクルージョンを解決すれば奥行き方向の情報 提示も有効なのではないか。 38
38. 今後の展望 今後の展望: • オクルージョンが発生しな い刺激配置での実験を行 い、奥行き方向を活用した 情報呈示手法を探る。 • VR空間と現実空間で同様 の課題を行い、輻輳調節矛 盾がどの程度影響している かを検証する。 39
39. ご清聴ありがとうございました。 40